(57)【要約】【課題】  大型のＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械は、小型のＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に比べて、各軸の寸法、重量が大きく、これを駆動する電動機の出力も大きい。従って、加工軸の直線加減速時定数も大きくなり、特に多数の微細加工をする部品で、加工軸が直線運動を繰返し行う場合、小型のＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械よりも加工時間を要するという問題がある。【解決手段】  ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸に取付けるツールホルダ内に、加減速時定数が小さい直線運動をするアクチュエータと回転運動をするスピンドルを内蔵し、内蔵したアクチュエータを駆動して微細加工することにより、加工ツールの移動時間を短縮する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に使用するためのツールホルダで、ツールホルダの内部に、直線運動をするアクチュエータと回転運動をするスピンドルとの多軸の運動機構を内蔵するツールホルダ。
【請求項２】
ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に、手動あるいは自動工具交換装置で着脱が可能であり、ツールホルダの位置決めと、駆動用力の供給及び制御信号の接続機構を有し、工作機械のコントローラからの信号、または工作機械のコントローラとツールコントローラの通信による信号、またはツールコントローラ単独の信号、の何れかで動作する請求項１に記載のツールホルダ。
【請求項３】
加工ツールを容易に交換できるチャック機能を有し、クーラント液や切削液をツールホルダの内部を経由して加工部分に吐出すると共に、クーラント液や切削液及び切削時に発生する屑が、ツール内部に進入することを防止するシールを有する請求項１または請求項２に記載のツールホルダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械で使用するツールホルダで、ツールホルダの内部に、駆動機構を有するツールホルダに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来のツールホルダは、図３に示すように、加工ツールをツールホルダに直接取付けて、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸にセットして使用するものがある（例えば、非特許文献１参照）。また、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸と異なる回転が必要な場合は、図４に示すように、ツールホルダの内部に電動もしくはエア駆動で回転するスピンドルを配置しているものや、変速機を配置しているものがある（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献１】「黒田精工株式会社  ツーリングカタログ  Ｎｏ．ＫＴ１２７−Ｃ」Ｐ３７、２０００年２月
【非特許文献２】「大昭和精機株式会社  総合カタログＶｏｌ．３  ツーリング編  Ｎｏ．１３０−３−０２０２−２」Ｐ１８７、Ｐ１８８、２００２年２月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  近年、半導体等の製造装置や金型等は大型化する傾向にあり、これらの装置で使用する部品も大きくなっている。これに伴って、部品を加工するＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械も大型化する傾向にある。一方、半導体等の製造装置や金型等で使用する部品は、サイズの大小に係らず、微細加工を必要とする部分が多く、大型工作機械であっても多数の微細加工を行う必要がある。ところが、大型工作機械は小型工作機械に比べて各可動部位の寸法・重量が大きく、これを駆動する電動機の出力も大きくなっている。従って、図６に示す大型工作機械の早送り速度Ｓに対する直線加減速時定数Ｔ２は、図５に示す小型工作機械の早送り速度Ｓに対する直線加減速時定数Ｔ１に比べて大きくなっており、この結果、同一距離を移動して加工する場合は、大型工作機械で加工する方が、小型工作機械で加工するよりも時間を要するという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械で使用するツールホルダの内部に、加減速時定数が小さい直線運動をするアクチュエータと回転運動をするスピンドルとの多軸の駆動機構を内蔵することを特徴とする。【０００５】  請求項２に記載の発明は、本発明のツールホルダを、ＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械の主軸に着脱する時に、自動工具交換装置を用いて行うことを可能とするもので、ツールホルダの位置決め機構を配置してある。この位置決め機構の部分には、本発明のツールホルダに内蔵された機構を駆動するための用力を供給する接続口と、内蔵された機構を制御するための信号を通信するコネクタを配置している。【０００６】  請求項３に記載の発明は、ツールホルダの先端に加工ツールを容易に交換できるコレットとチャックを配置してある。また、クーラントや切削液を本発明のツールホルダ内部を介して吐出すると共に、クーラントや切削液及び切削中の屑が本発明のツールホルダ内部に進入することを防止するシールを配置している。
【発明の効果】
【０００７】  本発明のツールホルダは、加工ツールを、回転運動をするスピンドルの先端に取り付けてあり、回転運動をするスピンドルは、加減速時定数が小さい直線運動をするアクチュエータで駆動している。従って、直線運動を伴う微細加工を行う時は、ツールホルダ内部の直線運動をするアクチュエータが、高速で移動するため、大型工作機械の主軸を直接駆動させながら加工するよりも、加工ツールの移動速度が速い。この結果、加工時間が短縮できる効果がある。【０００８】  請求項２に記載の発明は、本発明のツールホルダを、自動工具交換装置を用いて、容易にＮＣ工作機械、マシニングセンタ等の工作機械に取付けることができ、ツールホルダの交換による作業ロスを最少にできる。更に、スピンドルとアクチュエータの駆動用力と制御信号は、ツールホルダに設けたコネクタを介して行うことができる。また、工作機械のコントローラから直接に駆動用力と制御信号を受けて動作する場合、工作機械のコントローラとツールコントローラが通信しながら動作する場合、ツールコントローラで単独に動作する場合、の何れにも対応した制御ができる。【０００９】  請求項３に記載の発明は、加工ツールを短時間かつ容易に交換できる。また、本発明のツールホルダから、クーラントもしくは切削液を直接吐出することで、工作機械の主軸周辺をコンパクトにできる。更に、スピンドルが直線運動する部分にはシールを配置してあり、クーラント、切削液、切削屑等が本発明のツールホルダ内部に進入することを防止し、ツールホルダの耐久性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【第１実施例】
【００１１】  図１に、スピンドルとリニアアクチュエータを内蔵したツールホルダの断面図を示す。
【００１２】  スピンドル１は、スピンドルホルダ２に固定され、リニアアクチュエータ３により、ガイド４を案内として図の上下方向に直線運動する。スピンドル１の先端には、コレット５とナット６により保持された加工ツール７が取り付いている。スピンドル１とリニアアクチュエータ３の駆動用力と制御信号は、スピンドルの駆動と信号ケーブル９及びリニアアクチュエータの駆動と信号ケーブル８を介してツールホルダＡの位置決めコネクタ１０に接続され、外部に設置されたツールコントローラＤから供給される駆動用力と制御信号により動作する。また、クーラントまたは切削液はツールホルダＡの内部を経由して吐出口１５より供給される。シール１２は、クーラントや切削液ならびに切削屑がツールホルダＡの内部に進入しない様に配置している。
【００１３】  図２に、工作機械と本発明のツールホルダの正面図を示す。
【００１４】  本発明のツールホルダＡは、工作機械Ｂの自動工具交換装置Ｃにより、工作機械Ｂの主軸１３に取付けられる。ツールホルダＡを工作機械Ｂの主軸１３に取付ける時、ツールホルダＡのＸ，Ｙ，Ｚ方向の位置決めはテーパーシャンク１１で行い、回転方向は位置決めコネクタ１０で行う。ツールホルダＡの位置決めコネクタ１０と工作機械Ｂのコネクタ１４の接続が完了すると、工作機械ＢのコントローラＥとツールホルダＡのコントローラＤが通信を開始する。その後、工作機械Ｂの主軸１３が所定の加工位置に移動すると共に、ツールホルダＡのスピンドル１が回転し、リニアアクチュエータ３が図の上下方向に移動しながら加工を行う。
【第２実施例】
【００１５】  図７に、スピンドルとサーボモータを内蔵したツールホルダの断面図を示す。
【００１６】  スピンドル１は、スピンドルホルダ２ａに固定され、サーボモータ１６とカップリング１７により結合されたボールネジ１８により、ガイド４を案内として図の上下方向に直線運動する。スピンドル１の先端には、コレット５とナット６により保持された加工ツール７が取り付いている。スピンドル１とサーボモータ１６の駆動用力と制御信号は、スピンドルの駆動と信号ケーブル９及びサーボモータの駆動と信号ケーブル１９を介してツールホルダＦの位置決めコネクタ１０に接続され、外部に設置されたツールコントローラＤから供給される駆動用力と制御信号により動作する。また、クーラントまたは切削液はツールホルダＦの内部を経由して吐出口１５より供給される。シール１２は、クーラントや切削液ならびに切削屑がツールホルダＦの内部に進入しない様に配置している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】  本発明のツールホルダ断面図とコントローラを示した第１実施例の図である。
【図２】  本発明のツールホルダの縮小図と工作機械を示した正面図である。
【図３】  従来のツールホルダを示した正面図である。
【図４】  従来の回転運動をするスピンドルを内蔵したツールホルダを示した正面図である。
【図５】  小型工作機械の主軸の加減速動作を示したグラフである。
【図６】  大型工作機械の主軸の加減速動作を示したグラフである。
【図７】  本発明のツールホルダ断面図とコントローラを示した第２実施例の図である。
【符号の説明】
【００１８】  １    スピンドル
２    スピンドルホルダ
２ａ  スピンドルホルダ
３    リニアアクチュエータ
４    ガイド
５    コレット
６    ナット
７    加工ツール
８    リニアアクチュエータの駆動と信号ケーブル
９    スピンドルの駆動と信号ケーブル
１０  位置決めコネクタ
１１  テーパーシャンク
１２  シール
１３  工作機械の主軸
１４  工作機械のコネクタ
１５  吐出口
１６  サーボモータ
１７  カップリング
１８  ボールネジ
１９  サーボモータの駆動と信号ケーブル
Ａ    本発明のツールホルダ
Ｂ    工作機械
Ｃ    自動工具交換装置
Ｄ    ツールホルダのコントローラ
Ｅ    工作機械のコントローラ
Ｆ    本発明のツールホルダ
Ｓ    早送り速度
Ｔ１  小型工作機械の直線加減速時定数
Ｔ２  大型工作機械の直線加減速時定数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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